От цифровизации к искусственному интеллекту. О тенденциях, наблюдающихся в сфере медицинской визуализации

В течение 15 лет должность главного специалиста по лучевой и инструментальной диагностике Минздрава России занимает заместитель директора по научной работе НИИ клинической и экспериментальной радиологии НМИЦ онкологии им. Н.Н.Блохина, заведующий кафедрой рентгенологии и радиологии Российской медицинской академии непрерывного профессионального образования, профессор Игорь ТЮРИН. Сегодня он отвечает на вопросы обозревателя «МГ» Альберта ХИСАМОВА.

– Игорь Евгеньевич, каковы принципиальные изменения, происходившие в вашем направлении за последние 2 десятилетия?

– Диагностическая визуализация, или лучевая диагностика как её обычно называют в нашей стране, включает в себя несколько направлений медицинской деятельности. В отечественной традиции к ней принято относить рентгенологию, ультразвуковую диагностику (УЗД) и радиологию в части радионуклидной диагностики. Методы визуализации лежат в основе рентгенохирургии, в том числе эндоваскулярных методов исследования и лечения. Ключевым элементом визуализации является изображение, которое получается с помощью различных видов излучений, ионизирующих или неионизирующих. Методы включают большой спектр современных технологий, в том числе рентгенодиагностику, компьютерную и магнитнорезонансную томографию (КТ и МРТ) в рентгенологии, УЗД, сцинтиграфию, однофотонную эмиссионную и позитронно-эмиссионную томографию (ОФЭКТ и ПЭТ).

На протяжении последних десятилетий в каждом из этих направлений наблюдаются поистине выдающиеся технологические достижения и важные организационные изменения. Если говорить о ситуации в начале века, то она была крайне сложной. Технологические ресурсы отечественного приборостроения 1980-х гг. постепенно исчерпались. Установленное рентгенодиагностическое и радиологическое оборудование, преимущественно отечественное, оказалось на грани полного технического износа и морального устаревания. В медицинских организациях ощущалась серьёзная нехватка новых томографических и ультразвуковых аппаратов. Недостаток современной техники оказывал крайне негативное влияние на весь лечебно-диагностический процесс. В то время наличие хотя бы одного аппарата КТ в многопрофильной больнице было редкостью даже в крупном городе. А кабинеты МРТ и вообще был исключением. Практически всё новое диагностическое оборудование было импортным. Объединительная идея лучевой диагностики 1990-х гг. стала пробуксовывать и уже не отвечала требованиям развития системы здравоохранения.

Цифровизация диагностического оборудования пришла в отечественную медицину в середине нулевых годов. В то время, наряду с изначально цифровым оборудованием, например аппаратами для КТ и МРТ, значительная часть рентгеновских и ангиографических, большая часть ультразвуковых приборов позволяла получать только аналоговые изображения. В ходе первой государственной программы по модернизации первичного звена здравоохранения в 2007-2009 гг. в больницы и поликлиники поступили первые отечественные цифровые флюорографы – рентгеновские аппараты для исследования грудной клетки. Именно с них началась история успеха отечественного производства рентгеновской техники.

К настоящему времени в стране сменился практически весь «парк» рентгенотехники в области флюорографии, большая часть приборов для общей рентгенодиагностики, в том числе для маммографии и рентгенохирургии. Появилось новое поколение цифровых УЗ-аппаратов с уникальными технологическими возможностями. Часть из них уже отечественного производства. «Новые» технологии визуализации, такие как КТ и МРТ, ОФЭКТ и ПЭТ, изначально являлись цифровыми. Количество этих приборов увеличилось более чем в 3 раза. Это позволило уже в конце 2010-х гг. создать технологический фундамент для объединения техники в единый цифровой контур в виде рентгенологических информационных систем (RIS), систем архивирования и передачи изображений (PACS), основанных на едином стандарте DICOM для цифровых медицинских изображений.

С другой стороны, феерическое развитие систем телекоммуникаций, интернета, мобильной связи, компьютерной техники привело к появлению новых возможностей передачи цифровых изображений на расстояние, централизованного их хранения в РИС и МИС. Проблема здесь заключалась в том, что цифровые диагностические изображения имеют очень большие размеры, они содержат персональные данные пациентов, поэтому передавать и хранить их надо в особых условиях. Сегодня в крупных городах и целых регионах появилась реальная возможность обмениваться медицинскими изображениями между медицинскими организациями. Обычной практикой стало дистанционное консультирование проведённых и интерпретация первичных исследований, например, в случаях отсутствия специалистов на местах, или централизованный анализ изображений при скрининговых программах (туберкулёз, рак лёгкого, рак молочных желёз). Созданы десятки консультативных диагностических центров (референс-центров) лучевой диагностики.

Это сейчас никого не удивляет, что рентгеновский снимок, полученный в городской поликлинике или в ЦРБ, можно немедленно передать в областной диагностический центр или в федеральную медицинскую организацию, где опытные специалисты помогут правильно интерпретировать изображение. Соответственно, за этим следует решение по тактике ведения пациента, например, направление его для консультации или лечения в другой город, рекомендации по оказанию помощи на месте.

Возможность дистанционного консультирования и централизованного хранения изображений в медицинских информационных системах кардинально изменила алгоритмы диагностики и лечения. Особенно это повлияло на экстренную медицинскую помощь, например, при нарушениях мозгового кровообращения, при тяжёлой сочетанной травме, в условиях эпидемий – как тут не вспомнить COVID-19.

Технологические инновации и новые формы организации работы привели к необходимости пересмотреть традиционные подходы к проведению диагностических исследований. Во втором десятилетии XXI в. профессиональные общественные организации, главные специалисты в тесном взаимодействии с профильными департаментами Минздрава России провели огромную работу по изменению нормативной документации диагностических служб в целом и лучевой диагностики в частности. Акты, часто принятые ещё в конце советского периода истории нашей страны, стали тормозом на пути развития специальностей. Возникла необходимость подготовки новых правил проведения диагностических исследований по отдельным специальностям – рентгенологии, ультразвуковой и функциональной диагностики, радиологии, эндоскопии. Одновременно были разработаны профессиональнее стандарты, определившие новые квалификационные требования к специалистам, существенно изменены формы статистического учёта в области диагностических исследований, внесены важные изменения в образовательные программы на уровне последипломного профессионального образования. Нынешняя реальность развития цифровизации и средств коммуникации получила соответствующее отображение в регламентирующих документах.

Реальностью стало дистанционное консультирование диагностических изображений, возможность (в случаях, когда это допустимо) самостоятельной работы среднего медицинского персонала диагностических кабинетов, сформированы положения о цифровых архивах изображений и правилах обращения с такими файлами. А они существенно отличаются от прежних, когда снимок формировался на рентгеновской плёнке или на бумаге и хранился в недоступном рентгеновском архиве в стальных сейфах. Теперь изображение перестало быть привязано к диагностическому кабинету или медицинской организации. Его записывают на лазерные диски и флеш-карты, его можно отправить по телемедицинским каналам, сохранять в информационных системах или выдавать в цифровом виде пациенту вместе с заключением. Во многих регионах уже действуют личные кабинеты пациентов, где они могут не только познакомиться с результатами своих исследований, заключениями специалистов, но и при желании скачать на свой компьютер полученные изображения.

Может быть, именно это стало одной из важнейших инноваций в области медицинской визуализации последних десятилетий – передача прав собственности на изображение от медицинской организации к пациенту. Сегодня это означает, что он может самостоятельно распоряжаться своими исследованиями, консультировать их очно или дистанционно, использовать любые доступные социальные сети, программы искусственного интеллекта и компьютерного анализа и многое другое. Отправить изображение на консультацию в любую страну – пожалуйста, проконсультироваться с программой искусственно интеллекта – нет проблем. Это действительно другая, цифровая реальность, но часто она находится вне сферы медицинской деятельности и это требует дополнительного внимания и контроля.

Наконец, последние годы отмечены использованием искусственного интеллекта для анализа и интерпретации изображений. Опыт пандемии, когда программы ИИ начали активно применять для выявления изменений в лёгких, оказался чрезвычайно полезен для разработки новых продуктов. Сегодня основная задача скорее заключается в правильном размещении программ ИИ в существующем цифровом контуре, интеграции с имеющими мощностями по хранению и передачи медицинских данных. Результаты их медицинского применения для анализа изображений мы будем оценивать позже.

– Аппараты для проведения компьютерной и магнитнорезонансной томографии достигают «изобразительного» совершенства…

– Не только компьютерные и магнитно-резонансные томографы. Современный цифровой маммографический аппарат с возможностью биопсии при подозрении на опухоль молочной железы – это чудо техники, позволяющее увидеть действительно микроскопические опухоли. Работа современного ангиографического устройства напоминает скорее танец роботов из фантастического фильма, нежели диагностическое исследование. Рентгеновские аппараты для стоматологии позволяют рассмотреть каждую деталь зубного ряда в любой проекции, в 3D-изображении, виртуально удалять или заменять зуб. УЗ-датчики, расположенные на острие эндоскопа, проникают в мелкие бронхи, жёлчные протоки, пищевод и желудок, даже в коронарные сосуды. А полностью автоматизированный рентгеновский кабинет, созданный во времена COVID-19, в котором нет персонала и где пациентом и аппаратом управляет искусственный интеллект? Это и есть современная реальность.

Тем временем компьютерная томография – при невиданном технологическом совершенстве и удивительных возможностях – стала, как бы между прочим, обычным, рутинным методом визуализации. В немалой степени этому способствовала пандемия коронавирусной инфекции, где КТ в нашей стране стала важнейшим инструментом выявления патологии в лёгких. Количество аппаратов в эти трудные годы увеличилось на треть. При этом скорость проведения исследований, разрешающая способность детекторов, возможность обработки изображений, в том числе с помощью ИИ, на несколько порядков превосходят устройства, созданные 15-20 лет назад. Аналогичные технологические инновации, направленные на повышение разрешающей способности, ускорение процесса исследования, повышение его комфортности наблюдаются и в других технологиях. Тем не менее ожидание, что появление новых технологий КТ и МРТ, увеличение их количества приведёт к сокращению или даже исчезновению других методов визуализации не оправдалось. Ничего подобного не происходит. Скорее, это создаёт условия для очень жёсткой конкуренции отдельных видов диагностики, которая приводит к революционным открытиям и технологическим инновациям в каждом виде исследований.

Наконец, ещё одним важным направлением визуализации стала ранняя диагностика и скрининг социально значимых заболеваний. Сегодня в стране выполняются миллионы рентгенологических и ультразвуковых профилактических исследований, это огромные цифры. Стремительное развитие методов первичной диагностики, профилактики, особый акцент государства, производителей медицинской техники и профессионального сообщества на необходимость выявления заболевания на наиболее ранней стадии, когда развитие болезни можно предотвратить либо вылечить без ущерба для здоровья, – веление времени.

– Производительность техники визуализации стремительно растёт, но это приводит к серьёзной проблеме – повышенной нагрузке на врача…

– Вспоминаю свои первые шаги в рентгенологии – работу на первых компьютерных томографах. Исследование головного мозга включало 16-18 стандартных срезов, которые получали на протяжении 20-25 минут. Если надо было вводить контрастное вещество, требовалось затратить ещё 20-25 минут, чтобы всё повторить. Во время этих 40-50 минут исследования врач-рентгенолог часто успевал не только интерпретировать изображения, но и написать заключение.

А теперь посмотрим на стандартный 64-срезовый томограф, установленный в обычной городской поликлинике. То же исследование головного мозга включает в себя тысячи томографических срезов толщиной около 1 мм, оценка накопления контраста в органах и тканях требует проведения нескольких серий сканирования, современные программы обработки изображений позволяют получать двух- и трёхмерные преобразования, строить динамические модели. В случае повторного исследования обязательным является сравнение с изображениями, выполненными ранее, что особенно важно для онкологических пациентов, при хронических заболеваниях. А это уже не одно, а два или три исследования. От двух десятков томографических срезов в конце прошлого века к нескольким тысячам изображений и сложнейшим программам их преобразования – вот реальный путь медицинской визуализации за последние 15-20 лет!

Этот процесс кратного увеличения нагрузки на врача произошёл прямо у нас на глазах. Ни штатное расписание, ни временные нормы «не успевают» за стремительно растущим количеством информации и технологиями обработки получения изображений. Сегодня уже очевидно, что время выполнения исследования в кабинете несопоставимо меньше времени, которое врач затрачивает на интерпретацию изображений. Имеющиеся программы искусственного интеллекта пока не очень помогают в ускорении этого процесса, особенно в томографических технологиях, ультразвуковой диагностике. Очевидно, что нагрузка на кабинет и врача должны быть разделены и регламентированы. Тогда в одном диагностическом кабинете можно будет формировать бригаду из нескольких медработников для реализации совершенно невероятных возможностей оборудования. Это важная задача на ближайшую перспективу.

К сожалению, руководители медорганизаций и органов управления здравоохранением на местах не всегда понимают эту тенденцию: чем более совершенным является оборудование, чем быстрее выполняются исследования – тем больше временных и интеллектуальных затрат необходимо для интерпретации изображений. После отмены приказа № 132 от 02.08.1991 о совершенствовании лучевой диагностики специалисты работают вне временных нормативов на проведение диагностических исследований. Это очень серьёзная проблема, требующая разрешения. Сложно планировать работу, составлять штатное расписание, оценивать эффективность работы диагностических кабинетов. Здесь важно добиться равновесия между потребностями системы здравоохранения и полноценной работой специалистов.

– Сколько врачей и средних медицинских работников работает по специальностям, которые вы курируете?

– Усилиями Минздрава России и региональных властей удаётся обеспечить относительно небольшой, но постоянный прирост специалистов, работающих в сфере медицинской визуализации. Сегодня в рентгенологии, ультразвуковой и функциональной диагностике работает больше 50 тыс. врачей. Это большой отряд, который играет существенную роль не только в диагностике, но и в лечебном процессе. Самый большой дефицит кадров в ультразвуковой диагностике и в обычных рентгеновских кабинетах, особенно в регионах с небольшой численностью населения.

Кроме кадрового вопроса важнейшей задачей является профессиональная подготовка, квалификация персонала в этой области новых технологий визуализации. Научить специалиста умению работать на современной технике, применять полученную в ходе исследований информацию в клинической практике, интерпретировать изображения, анализировать полученные данные в процессе междисциплинарного обсуждения пациента очень непросто. Это требует глубоких всесторонних знаний, опыта практической работы, умения взаимодействовать с лечащими врачами, обладать организаторскими и педагогическими навыками для работы со средним медицинским персоналом. Рентгенология, радионуклидная, ультразвуковая и функциональная диагностика остаются клиническими специальностями не только потому, что кабинеты и аппараты находятся в стационарах и поликлиниках. Важная задача специалистов заключается в интерпретации полученного изображения в контексте клинической ситуации.

Именно врач, специалист, получающий те или иные изображения, обязан трактовать, интерпретировать их таким образом, чтобы лечащему врачу был понятен клинический смысл этого исследования. Для этого он должен быть погружен в клиническую ситуацию, иметь возможность прямого контакта с лечащим врачом.

Это очень сложная врачебная задача, и она часто исчезает в текучке, торопливости, огромном объёме исследований. Но это и есть ключевое звено всей диагностики. Да, лечащий врач устанавливает клинический диагноз – в этом никто не сомневается, и он обязан связать воедино все полученные результаты обследования. Но для того, чтобы это получилось, интерпретация диагностических изображений должна быть предельно точной, конкретной с точки зрения диагностического процесса. В этом важнейший элемент деятельности моих коллег, в этом же – главный субстрат обучения специалистов. Научить правильно нажимать кнопки на пульте аппарата или просто написать в заключении, что у этого пациента есть патологическое образование в том или ином органе, сегодня мало.

Новой задачей профессионального образования в области визуализации заключается в строгом следовании клиническим рекомендациям – обязательное правило с начала 2025 г. Эта задача имеет важные особенности для врачей, занимающихся визуализацией, ведь они имеют дело с общей диагностикой и поэтому обязаны хорошо знать патологию всех органов и систем организма. Тогда общение со всеми специалистами медицинской организации станет действительно профессиональным. Этому аспекту обучения должно придаваться сегодня максимальное значение.

Ещё один вопрос профессиональной подготовки – практика. Как бы ни было развито виртуальное общение через экран монитора, дистанционное образование в диагностике работает плохо. Я бы сказал – почти не работает. Обучение специалиста нашего направления очень тесно увязано с технологической плоскостью, что требует персонализации, понимания – на каком оборудовании тот работает, какие знания ему нужны для выполнения максимально точного выполнения своих функций.

Практические навыки в диагностической визуализации важны ничуть не меньше, чем в терапии или хирурии. Обучение этим навыкам невозможно осуществить через ноутбук или мобильный телефон, просматривая лекции в течение рабочего дня специалиста. Передача собственного практического опыта является важнейшей задачей профессиональной подготовки, чем и занимаются мои коллеги-педагоги, работающие на кафедрах и в учебных центрах. Поэтому разумное ограничение дистанционных форм образования является правильным законодательным решением. Конечно, их нельзя запретить, но они не должны существовать в медицинской визуализации в качестве единственной формы образования.

– Какие изменения происходят в лучевой и инструментальной диагностике в разных регионах России?

– В регионах происходит важный процесс: сложные диагностические исследования – КТ, МРТ, цифровые рентгеновские – постепенно перемещаются в амбулаторное звено. Раньше одной из серьёзных проблем здравоохранения было сосредоточение «тяжёлой» диагностической техники в стационарах. Это вызывало огромную диспропорцию: пациент не получал полного обследования в поликлинике. Сейчас происходит смещение оборудования в амбулаторное звено.

Сохраняется неравномерность в оснащении регионов современной техникой. В отдельных регионах Сибирского и Дальневосточного федеральных округов насыщенность и доступность этого оборудования меньше, чем в других территориях. Теперь это не только проблема доступности технологий визуализации, но и возможность точного выполнения клинических рекомендаций, предписывающих проведение того или иного исследования.

Неравномерность распределения техники зависит не только от регионов, но и от самих технологий визуализации. Исторически наиболее выражена эта диспропорция в области МРТ. Большая часть этого оборудования пока ещё сосредоточена в негосударственных медицинских организациях. Такое неравенство гораздо менее выражено в области КТ, ультразвуковой или общей рентгенодиагностики.

– Игорь Евгеньевич, что вы думаете о всё более успешном применении искусственного интеллекта в вашем направлении?

– Исторически искусственный интеллект начал применяться в медицине именно в области медицинской визуализации. Такие технологии, как компьютерная томография и рентгенография, стали первыми объектами испытания возможностей ИИ. Сначала для решения простейших задач, например, выявления очагов в лёгких при скрининге рака. Сегодня мы видим стремительное расширение потенциальных возможностей этих программ на всех ступенях лечебно-диагностического процесса. Радует, что в этот процессе больших успехов добились наши отечественные компании.

Чрезвычайно полезным оказалось использование ИИ в период пандемии COVID-19. Анализ рентгеновских, КТ- и МРТ-изображений у пациентов с короновирусной инфекцией стал неоценимым опытом – оценивалась динамика изменений и т.д. Именно в это время отечественные и зарубежные компании с завидной скоростью внедряли программы ИИ. Накопленные сведения оказались востребованными и после пандемии.

Конечно, всех интересует в первую очередь интерпретация диагностических изображений. Но это пока ещё будущее, возможно не очень далёкое, но будущее. Разговоры о полной замене искусственным интеллектом специалиста нашего направления имеют мало общего с реальностью. Вместе с тем ИИ способен решать важнейшие задачи.

Первая – всевозможные точные измерения и количественные показатели, касающиеся анализа изображений. Это то, с чем врач, человек справляется хуже всего. Здесь хороший пример – измерение объёма поражения лёгких при COVID-19, когда 20% и 50% в глазах специалиста отличались крайней субъективностью восприятия. Применение ИИ позволяет не просто измерять, а делать это предельно точно – в миллиметрах, кубических сантиметрах, граммах, литрах, в чём угодно.

Вторая – сортировка нормы и патологии, одной патологии от другой патологии, острого и хронического и прочее. Этому нас тоже научила пандемия COVID-19. Применение ИИ ещё долго не будет отличать туберкулёз от рака, но вот разграничить норму и патологию при флюорографии он может уже сегодня. Другое дело – не всегда, не в 100% случаев. Поэтому за ИИ всегда должен следовать контроль специалиста. Но, учитывая увеличение количества профилактических рентгенологических или КТ-исследований, исчисляемых миллионами, помощь ИИ должна быть всеобъемлющей.

Ещё одно важное направление. Использование ИИ может определить различие в структуре изображения. Текстурный анализ, который позволяет выя вить признаки патологии, невидимые человеческим глазом. Радиомика – так называется это новое направление, являющееся сегодня одним из самых перспективных.

Наконец, ИИ поможет объединить в одно целое многочисленные лучевые, лабораторные, функциональные признаки, сопоставить их с анамнестическими данными и сделать заключение более точным и корректным. Как быстро мы к этому придём – зависит от качества программ. Вопрос – в нормировании, регулировании, юридической практике. При этом не ИИ, а только врач может сделать заключение – никто другой.

Сейчас достаточно успешно работают несколько десятков программ ИИ, анализирующие диагностические изображения на уровне информационных медицинских систем регионов. Эта важная составляющая потребовала реорганизации работы, внедрения пула в методических и нормативных документах, которые регулируют этот процесс.

Для меня ИИ – помощник врача, высвобождающий его время, чтобы специалист отвлёкся от экрана монитора и сосредоточил внимание на пациенте. Мы должны вернуться в клинику! Лечебный процесс должен проходить при непосредственном участии рентгенолога, радиолога, УЗ-диагноста.